JPH0435552B2

JPH0435552B2 -

Info

Publication number: JPH0435552B2
Application number: JP1132827A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Masumoto; Shigehiro Oonuma; Kiwamu Shirakawa; Masateru Nose
Original assignee: Sumitomo Special Metals Co Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1989-05-29
Filing date: 1989-05-29
Publication date: 1992-06-11
Also published as: JPH0270041A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、磁心材料に関し、特に電気抵抗が高
く、かつ磁歪が小さく透磁率の高いコバルト基非
晶質合金からなる磁心材料に関するものである。〔従来の技術〕従来、弱電用小型磁心、例えば捲鉄心、磁気ヘ
ツド等の材料としては、Moパーマロイ（JIS−
PC級パーマロイ）が主として用いられているが、
これらの合金はその特性を得るためには極めて厳
しい条件下での熱処理が必要であり、特に捲鉄心
として使用する際の鉄損をできるだけ少なくする
ために100〜50μｍという薄帯にしなければなら
ず、そのための圧延および熱処理の工程が複雑で
ある。又、磁気ヘツドとして長時間使用すると磁
気テープによる摩耗のために録音特性が著しく劣
化する点に問題があり、そのために現在では磁気
ヘツド用磁性合金としては前述のパーマロイ系合
金のほかにフエライト、アルパームあるいはセン
ダストのような高硬度の材料も用いられている。
これらのうちフエライトは高周波において優れた
電磁気特性を示し、かつ摩耗および変形は小さい
が、一方飽和磁化が低く記録歪みを生じやすい上
に摺動ノイズが多く信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を大
きくすることができないことが本質的欠陥となつ
ている。またアルパームやセンダストは磁気特性
の点では優れているが、これらの材料は展延性及
び機械加工性に乏しいという欠点を有している。以上述べたように、従来用いられている磁心用
材料は種々の欠点があり、十分満足しうる材料は
得られていない。〔発明が解決しようとする課題〕これに対し、最近、非晶質金属材料が着目され
てきた。この材料は、高い磁気特性を有すると共
に、製法上からみて本質的に薄帯状で得られるた
めに、交流磁心材料として注目されているもので
ある。すなわち、Fe、Co、Niとその他にＰ、
Ｃ、Ｂ、Siなどの非晶質化元素を約20原子％含む
成分組成の非晶質合金は、上記の各種結晶質高透
磁率金属材料に比べ、保磁力が小さく、透磁率が
大きい等優れた磁気特性が得られることが知られ
ている。しかしながら、これらの非晶質材料は、磁気特
性改善のために一般に結晶化温度以下の温度で熱
処理を施す必要があるが、前記熱処理によれば脆
性は逆に大きくなり、機械的性質、特に耐摩耗性
は硬度が高い割には低いという欠点がある。さら
に、例えばFe₄₀−Ni₄₀−P₁₄−B₆非晶質合金に見
られるように磁性の熱的安定性が悪いという欠点
もある。しかも、Ｐ、Ｃ、Ｂ、Si等の半金属元素を約20
原子％も多量に含む非晶質合金は、硬度が800〜
1100Hvと高いために所望の形状に打ち抜くため
のダイスの寿命が極めて短いことが問題となつて
いる。本発明は、従来実用されている結晶質の磁心用
高透磁率金属材料が有する前記諸欠点がなく、し
かも既知の非晶質合金が有する前記欠点をも同時
に解消し、電気抵抗が高くかつ低磁歪、高透磁率
であつて、かかる磁気特性の熱的安定性に優れて
いることに加え、打ち抜きあるいは切断等の機械
加工性が良く、熱処理による脆化が少ないという
特長を備えた非晶質合金からなる磁心材料を提供
することを目的とするものである。〔課題を解決するための手段〕このような目的によく適合する磁心材料とし
て、本発明は、 (1) 原子比率で、Zrを５〜15％、Ｂ、Al、Siお
よびSnの中から選ばれる何れか１種または２
種以上を合計で４〜15％（但し、Ｂ＜７％）、
残部実質的にCoよりなる非晶質合金であつて、
電気抵抗が120〜140μΩcmである磁心材料（第
１発明）を提案する。 (2) また、本発明では、上述した主要成分に加
え、Fe、Ni、Mn、Cu、Ru、RhおよびPdに
ついては、これらが電磁気特性を改善するとい
う共通した性質があることから、次の如き発明
を提案する。すなわち、本発明の第２発明は、原子比率
で、Zrを５〜15％、Ｂ、Al、SiおよびSnの中
から選ばれる何れか１種または２種以上を合計
で４〜15％（但し、Ｂ＜７％）、そして電磁気
特性改善成分として、Fe、Ni、Mn、Cu、Ru、
RhおよびPdの中から選ばれる何れか１種をそ
れぞれ10％以下、または２種以上を合計で20％
以下、残部実質的にCoよりなる非晶質合金で
あつて、電気抵抗が120〜140μΩcmである磁心
材料である。 (3) さらに、本発明は、原子比率で、Zrを５〜
15％、Ｂ、Al、SiおよびSnの中から選ばれる
何れか１種または２種以上を合計で４〜15％
（但し、Ｂ＜７％）、NbおよびTaの中から選ば
れる何れか１種または２種を５％未満、そして
電磁気特性改善成分として、Fe、Ni、Mn、
Cu、Ru、RhおよびPdの中から選ばれる何れ
か１種をそれぞれ10％以下、または２種以上を
合計で20％以下、残部実質的にCoよりなる非
晶質合金であつて、電気抵抗が120〜140μΩcm
である磁心材料（第３発明）を提案する。〔作用〕通常、固体の金属、合金は結晶構造を有する
が、適当な組成をもつ合金を液体状態から急速に
冷却するか、あるいは蒸着法、スパツタ法、メツ
キ法等の種々の技術を用いることにより、液体に
類似した周期的原子配列を持たない非結晶構造の
固体が得られる。このような金属は、非晶質金属
あるいは非晶質合金と呼ばれる（以下非晶質金属
あるいは非晶質合金の両方を、「非晶質合金」と
言う）この非晶質合金は、前述のように種々の技
術を適当に用いても得られることがよく知られて
おり（例えば特開昭49−91014号）、中でも気相か
ら超急冷するスパツタ法によれば液体急冷法によ
り得られる非晶質合金の組成範囲よりも広い組成
範囲で非晶質合金が得られることが知られてい
る。液体急冷法の例としては、第１図ａに示す如く
高速回転する１つの円板の外周面上、または第１
図ｂに示す如く高速に互いに逆回転する２つのロ
ールの間に、液体金属を連続的に噴出させ、回転
円板または双ロールの表面上で10⁴〜10⁶℃／秒程
度の冷却速度で急冷凝固させる方法がある。この非晶質合金を組成的に見ると、遷移金属元
素と半金属元素とを組み合わせた合金系（半金属
量は約10〜30原子％）と、原子半径が異なる２種
又は３種以上の遷移金属元素を組み合わせた合金
系との２種の合金系が知られている。後者の合金系の一例としては、遷移金属元素で
ある鉄族元素とジルコニウムからなる非晶質合金
が知られており、本発明者らは、上記鉄族元素と
ジルコニウムを含む各種非晶質合金の中に強磁性
を有する合金があることを新規に知見し、特願昭
54−43838号（特公昭60−30734号；特許第
1314339号）として、先に特許出願した。本発明者らは、上記鉄族元素とジルコニウムを
含む非晶質合金のうち特にCoを主成分とする非
晶質合金につき、主として磁心材料として用いる
ために、さらに詳細な研究を行なつた結果、所定
成分組成を有する合金を液相、気相から超急冷し
て得た非晶質合金よりなる磁心材料、又は、これ
に所定の熱処理を磁場中あるいは応力下で施して
得られる磁心材料は、電気抵抗が高く、それと共
に保磁力および磁歪が小さくかつ透磁率が高く、
熱的ならびに経時的に安定した磁気特性を具え耐
摩耗性に富み、さらに半金属元素を多量に含む従
来の非晶質合金に比べ脆化し難く、かつ打ち抜
き、研磨あるいは切断等の機械加工性が良好であ
るということを、新規に知見して本発明に想到し
た。本発明の磁心材料は、前記特長の他に、機械加
工によつても磁気特性がほとんど変化しないとい
う特長をも有する。すなわち、透磁率、保磁力、
残留磁束密度などは合金に張力を加えても殆んど
一定で変わらず、外部応力に対して不感である。
いわゆる、本発明の磁心材料は、切断、打ち抜き
あるいは研磨等の機械加工によつて磁気特性が殆
んど劣化しないので、合金を所定の寸法、形状に
打ち抜き、研磨あるいは切断して得られる薄片を
使用する際に非常に有利である。さらに本発明磁
心材料は、電気抵抗が120〜140μΩcmと高く、し
かも20〜40μｍ程度の薄帯状にも製造できるの
で、高周波特性の良い磁心材料として非常に好適
である。次に本発明の磁心材料を実験データに基いて説
明する。この実験において用いた磁心材料は、幅
約２mm、厚さ約20μｍの薄帯試料である。該試料
は、本発明材料の成分組成を有する合金溶湯を、
第１図ａに示す如く高速回転する１つの円板の外
周面上に連続的に噴出させて、回転円板の表面上
で10⁵〜10⁶℃／秒程度の冷却速度で急冷凝固させ
て得た。さらに、前記超急冷してなる磁心材料を約350
〜500℃の温度範囲でかつこの材料の結晶化温度
未満の温度において焼鈍した後、室温まで冷却し
て磁気特性を測定した。第１表に本発明の非晶質合金からなる磁心材
料、既知の金属−半金属系非晶質合金の一部、な
らびに従来一般に用いられている各種結晶質高透
磁率金属材料について、それらの成分組成および
磁気特性を示した。第１表においてNo.１〜４は本発明に係る磁心材
料、No.10、11は既知のFe−Ni−Ｐ−Ｂ系および
Co−Fe−Si−Ｂ系非晶質合金、No.12、13はそれ
ぞれ市販の高硬度パーマロイおよびフエライトで
ある。

【表】第１表から判るように、本発明磁心材料（No.１
〜No.４）は、市販の高透磁率金属材料に比べて優
れた磁気特性を有している。例えば、本発明材料
と、比較例No.12の高硬度パーマロイとを比べる
と、保磁力は同程度に小さく、また、最大透磁率
が高く、かつ飽和磁束密度が同レベル以上の合金
と言える。また、実効透磁率もNo.12の高硬度パー
マロイと同程度の特性を示す。そして、この本発明材料は、硬度が前記No.12の
高硬度パーマロイに比べると約1.7〜２倍も高く、
またフエライトと比較してもほぼ同等であること
が判る。例えば、第１表No.２の材料のビツカース
硬度はそれぞれ670であり、この値はフエライト
の硬度とほぼ同等である。以上説明した本発明材料は、第１表から判るよ
うに、磁歪と透磁率とに優れるのみならず、さら
に高い電気抵抗をも有するものであり、そのため
に磁心材料として必要な鉄損値の低い優れた磁気
特性を有するものである。特に、電気抵抗については、Co−Zr系（メタ
ル−メタル系）であるにも拘わらず、第１表中に
比較例として示したメタル−メタロイド系のもの
と遜色のない程高い値を示すものであり、それ故
に、本発明材料は、従来のメタル−メタル系非晶
質合金では着目されていなかつた、いわゆる磁心
材料として好適であることが判る。以下に、本発明磁心材料の成分組成限定の理
由、特に磁心材料として好ましい、高い電気抵抗
を有する一方で、その特性を害することなく、低
磁歪、高透磁率といつた優れた電磁気特性をも併
せて実現するための材料設計の方法について詳し
く説明する。特許請求の範囲第１項記載の磁心材料（第１発
明材料）は、非晶質化元素としてZrの他、Ｂ、
Al、SiおよびSn各元素を含有している。従つて、
非晶質化元素であるZrの含有量を低く抑えるこ
とができる。しかし、このZrは、５％未満では
高い透磁率のものを得ることができなくなるの
で、下限を５％以上とする。一方、このZrは、
15％よりも多いと磁束密度が著しく低下する、従
つて、Zrは５〜15％の範囲内にする必要があり、
とくに６〜12％の範囲内においてより良好な磁気
特性が得られる。次に、Ｂ、Al、SiおよびSnは、いずれも非晶
質の形成能を有する元素である。特に、Ｂを単独
で使う場合、それを７％以上含有すると磁束密度
の低下をきたすだけでなく、磁気特性の熱的なら
びに経時的安定性を劣化させ、あるいは脆化温度
の低下を招くので７％未満とする。他の元素につ
いては、それを15％より多くすると磁束密度の著
しい低下をきたし、材料が脆化する。望ましくは
10％未満が好適である。一方、上記のＢ、Al、SiおよびSnは、、
族元素と同じくキユーリー温度を下げ、熱処理を
容易にしたり、あるいは磁歪の低減効果をも有す
る元素であるが、これらの元素の合計量は、４％
より少ないとその効果が小さい。したがつて、こ
れらの元素の合計量は４〜15％の範囲内にする必
要があり、５〜13％の範囲内がより好適であり、
さらに５〜10％の範囲内が最適である。次に、特許請求の範囲第２，３項記載の磁心材
料（それぞれ本発明の第２、３発明材料）におい
て、電磁気特性改善のために共通した作用を有す
るものとして含有されるFe、Ni、Mn、Cu、Ru、
RhおよびPdの各元素の限定理由を説明する。 Feは、磁束密度を上昇させる効果を有するが
磁歪も同時に上げるので10％以下にすることが好
適であり、より好ましくは５％以下が良い。 Niは、磁歪を低減させるが同時に結晶化温度
および磁束密度をも低下させてしまうので10％以
下にする。 MnおよびCuは、Mnの場合、抵抗率を高める
と同時に保磁力を減少させる効果があり、一方、
Cuの場合、透磁率、保磁力を害せず耐摩耗性を
向上させる元素であるが、これらはともに10％よ
り多くすると飽和磁束密度が低下し、合金が脆化
するので10％以下にすることが好ましい。 Ru、Rh、Pdは、それらの何れか少なくとも１
種を10％より多くすると透磁率は高くなるが、磁
束密度が低下するので10％以下にすることが好ま
しい。なお、この第２、３各発明磁心材料において
は、前記電磁気特性改善成分の中から１種または
２種以上選択された元素（Fe、Ni、Mn、Cu、
Ru、RhおよびPd）は、それらの合計量を20％よ
り多くすると、磁束密度または透磁率が著しく低
下するので20％以下にする必要がある。望ましく
は15％以下、さらに高い磁束密度を得るためには
10％以下が好適である。次に、第３発明磁心材料中に含有させることが
必須の族のNb、Taは、この磁心材料の場合を
含めて一般に非晶質化を助勢し、キユーリー温度
を下げる効果があるために、熱処理を容易にする
元素である。特に、磁束密度が高い磁心材料を得
たいときには、これらの中から選ばれる少なくと
も１種の元素を５％未満の範囲内に抑制して含有
させることが必要である。以上に説明した本発明磁心材料は、Coの他、
非晶質化のためのZrとともに適量の半金属およ
び族元素を含むので、透磁率が高く磁歪がほぼ
零である合金を極めて容易に製造することができ
る。また、本発明者らの研究によると、上記各成分
組成範囲内においては120〜140μΩcmの高い電気
抵抗を有する磁心材料が得られることを確認し
た。なお、以下に、上述した第１〜３各発明につい
ての構成の関連を第２表にまとめて示す。

〔実施例〕

実施例１本発明のCo₈₅Al₅Zr₁₀系非晶質磁心材料と、比
較例としてCo_70.3Fe_4.7Si₁₅B₁₀非晶質合金の３種の
材料について行つた切断試験の結果を第３表に示
す。試験方法は、厚さ約20μｍ、幅約２mmの試片を
シユアー（剪断機）により切断をくり返し、刃の
摩耗によつて上下の刃が試片をかみ込み、切断が
不可能な状態に至るまでの切断回数を調べたもの
である。なお使用した刃のビツカース硬度は650
である。

【表】第３表に明らかなように、本発明磁心材料は
Co−Fe−Si−Ｂ系非晶質合金に比べシユアーの
刃の寿命が４倍以上であり、本発明磁心材料の機
械加工性は従来から知られている非晶質合金のそ
れに比べて優れていることがわかる。実施例２第４表に示す組成からなる本発明磁心材料につ
いて、幅約10mm、厚さ約30μｍの薄帯を長手方向
に200Oeの磁界を印加しながら、各材料の結晶化
温度より50℃低い温度で20分間加熱し冷却した
後、薄帯を巻いてトロイダル状試料となし、磁気
特性を調べた。何れの材料も8000G以上の高い飽
和磁束密度と低い保磁力及び高い最大透磁率が得
られ、巻磁心として有用であることが判つた。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明磁心材料は、高い電
気抵抗を有すると同時に、保磁力が小さくかつ透
磁率の高い優れた軟磁気特性を有し、さらに磁心
材料としての適用に当たつて好適な形態である薄
帯状または薄膜状試料を容易に製造することがで
きる。しかも、従来知られている半金属元素を多
量に含む非晶質合金に比べ、切断、打ち抜き、研
磨等の機械加工がはるかに容易であるという大き
な特長を兼ね備えているので、磁気ヘツド、高周
波トランス等の磁心材料として極めて好適に使用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明磁心材料を溶融状態から超急
冷するのに用いられる装置の２つの例を示す略線
図である。１……溶融合金、２……急冷凝固された合金、
３……冷却回転円板、４……ロール。

Claims

【特許請求の範囲】１原子比率で、Zrを５〜15％、Ｂ、Al、Siお
よびSnの中から選ばれる何れか１種または２種
以上を合計で４〜15％（但し、Ｂ＜７％）、残部
実質的にCoよりなる非晶質合金であつて、電気
抵抗が120〜140μΩcmである磁心材料。２原子比率で、Zrを５〜15％、Ｂ、Al、Siお
よびSnの中から選ばれる何れか１種または２種
以上を合計で４〜15％（但し、Ｂ＜７％）、そし
て電磁気特性改善成分として、Fe、Ni、Mn、
Cu、Ru、RhおよびPdの中から選ばれる何れか
１種をそれぞれ10％以下、または２種以上を合計
で20％以下、残部実質的にCoよりなる非晶質合
金であつて、電気抵抗が120〜140μΩcmである磁
心材料。３原子比率で、Zrを５〜15％、Ｂ、Al、Siお
よびSnの中から選ばれる何れか１種または２種
以上を合計で４〜15％（但し、Ｂ＜７％）、Nbお
よびTaの中から選ばれる何れか１種または２種
を５％未満、そして電磁気特性改善成分として、
Fe、Ni、Mn、Cu、Ru、RhおよびPdの中から
選ばれる何れか１種をそれぞれ10％以下または２
種以上を合計で20％以下、残部実質的にCoより
なる非晶質合金であつて、電気抵抗が120〜
140μΩcmである磁心材料。